功能化氧化石墨烯在粉末涂料中的分散性及防腐性能的应用研究(Ⅰ)
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摘要：表面经γ-(2,3-环氧丙氧)丙基三乙氧基硅烷(KH560)修饰的氧化石墨烯(GO)与没食子酸基环氧树脂(GEP)混合形成功能化氧化石墨烯(FGO)，可有效提高GO的分散性，进而使其均匀的分散在粉末涂料中，通过静电喷涂法成功制备了防腐涂层。采用SEM、傅里叶红外光谱仪(FTIR)、盐雾测试、耐冲击测试、接触角测试、耐老化测试等对GO及涂层性能进行表征和测试。考察了KH560用量在THF及粉末涂料中分散性的影响；同时也考察了KH-560修饰GO用量对涂层性能的影响涂料在线coatingol.com。结果表明：以KH560功能化GO制备的涂层具有优异的防腐性能和机械性能。
前 言
金属在国民生活中有广泛的应用，但其面临着腐蚀的难题，据相关报道，每年因腐蚀对国民经济带来相当严重的损失，且对环境也造成一定的危害。涂料是卓有成效的防护手段和最具广泛应用基础的防腐技术手段之一。环氧树脂和聚酯树脂时常用的涂料树脂之一，具有优异的性能，被广泛应用于防腐涂料中。GO具有稳定的结构，优异的韧性、硬度和卓越的可饰性，在各个领域都有巨大的应用前景。但GO兼具亲疏水性，使其在运用上存在一定的障碍。若运用在粉末涂料中，无法与粉末混合，降低涂料的稳定性，进而对涂层造成缺陷，降低了涂层的防腐性能，大大降低了GO应用可行性。因此对GO改性，提高在其在粉末涂料中的分散性，对GO防腐粉末涂料至关重要。周楠等将GEP作为石墨烯分散剂，成功提高了石墨烯在有机溶剂里的分散性，且GEP可参与反应，进一步提高了涂层的稳定性。Parhizkar等用三氨丙基三甲氧基硅烷(APTES)修饰GO，APTES修饰GO不仅有共价键作用(氨基与GO)同时也存在硅醇基与羟基和羧基发生缩聚反应，提高了GO在环氧树脂中的分散性，同时也提高了防腐性能。Zheng等通过高分子缩聚反应将脲醛嫁接在GO片层上，提高了其在环氧树脂中的分散性及防腐蚀性能。Ramezanzadeh等通过共价键将对苯二胺成功修饰了GO，且得到混溶性良好的环氧树脂防腐涂料，在防腐性能上得到很大的提升。本文将不仅将GO只作为特殊功能的填料，而且将FGO作为反应对象研究。该KH560修饰和GEP相结合有效抑制了石墨烯的二次推叠，而后制得粉体FGO，将FGO加至粉末涂料中，从而得到具有优异分散性和防腐性能的石墨烯防腐粉末涂料。
FGO的制备将5g GO(GO经超声剥离6h形成少层GO)，500g THF高速分散10min后，置于超声设备中，KH560（1w%、2w%、3w%、4w%、5w%，相对于GO的质量）用量，0.5g醋酸加入四口烧瓶中，40℃水浴反应8h，加入15g GEP(GEP的制备详见引用文献1)，搅拌均匀后，采用低温冷却干燥，得粉末状FGO。图1 KH-560修饰石墨烯示意图
FGO防腐粉末涂料及涂层的制备表1为粉末涂料的基础配方，上述制备的FGO粉末直接加至粉末涂料中搅拌均匀，过筛(200目)即得FGO防腐粉末涂料。
采用静电喷涂法，将粉末喷涂于磷化后的马口铁上，在200℃下，固化10min,即得FGO防腐粉末涂层，漆膜厚度约为70~80μm。表1 FGO防腐粉末涂料的基础配方原料wt./%配方a配方b配方c配方d配方e环氧树脂E-1255.055.055.055.055.0双氰胺2.82.82.82.82.8FGO粉末02.557.510钛白粉2.04.04.04.04.0硫酸钡37.835.332.830.327.8助剂2.42.42.42.42.4
KH-560用量对GO分散性的影响用KH-560对GO进行修饰，考察KH-560用量对GO分散性的影响，结果见图2。A—0；B—1.0 wt. %；C—2.0 wt. %；D—3.0 wt. %；E—4.0 wt. %图2不同KH-560用量修饰GO的SEM图
由图2可见，当KH560用量为0时，GO堆积量少，分散性较好，当用量为4.0 wt.%时，堆积量最大。即随着用量的增加，GO堆积量呈增加的趋势，分散性降低。当KH560用量较少时，水解后只包覆在GO表面，KH560之间未发生反应，降低了GO的π-π相互作用，从而提高了分散性。当KH560用量较多时，不仅与GO发生缩聚反应，同时发生自缩聚反应，从而使GO发生堆叠团聚现象。
FG的制备及表征通过红外光谱分析GO、KH560-GO和固化完成后涂层的结构变化，结果如图3所示。
a—GO；b —KH560—GO；c 固化完成后涂层图3. GO、—KH560-GO和固化完成后涂层的红外光谱
图3中曲线a在3430 cm-1，1740 cm-1和1025 cm-1的吸收峰分别对应的是—OH，C=O和C—O—C的特征峰，在1640 cm-1和1410 cm-1的吸收峰对应的是—(C=O) —和—COO—的特征峰。曲线b在1035 cm-1的吸收峰为Si-O-C的特征峰，表明GO已被KH560修饰，与曲线a对比，在1740 cm-1和1410 cm-1的特征峰消失或者变弱，表明GO已被KH560修饰；在810 cm-1和1130 cm-1的吸收峰为Si-O-Si的特征峰，表明KH560水解后分子之间反生反应；在915 cm-1的吸收峰为环氧基的特征峰，表明了KH560的存在。曲线c在1210 cm-1吸收峰是C-N的特征峰，在1540~1570 cm-1之间未发现N-H的吸收特征峰，且在915 cm-1处未发现环氧基的吸收特征峰，表明双氰胺与环氧基完全反应。来源：卜庆朋 江苏华光，涂料工业
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